FR2757628A1

FR2757628A1 - METHOD AND DEVICE FOR DIGITAL MEASUREMENT OF ANGULAR POSITIONS

Info

Publication number: FR2757628A1
Application number: FR9616014A
Authority: FR
Inventors: Patrick Clairet
Original assignee: Eaton Controls SARL
Current assignee: Eaton Controls SARL
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-06-26
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: DE69726181D1; EP0946859A1; DE69726181T2; WO1998028597A1; FR2757628B1; EP0946859B1; US6577984B1

Abstract

The invention concerns a method for indirect and sequential measuring of the absolute position of an element (1) comprising a binary coding produced by means of coding units (7) of the same surface, relatively moving with respect to an element provided with a device for reading said coding (7), said coding (7) delimiting differentiated sectors each comprising an identical separating zone, called separator, and an zone identifying a single sector, called identifier, the list of the identifier codes being contained in a memory zone accessible via a device for processing binary data transmitted sequentially bit by bit by said reading device when the elements are relatively moving. The invention is characterised in that the separator coding comprises a binary sequence which is excluded from the identifier coding, thereby immediately identifying a separator, whose knowledge of the whole code indicates the identifier following it, then the position of its corresponding sector by scanning the memory zone containing the list of identifier codes.

Description

Procédé et dispositif de mesure numérique de positions angulaires
La présente invention concerne un procédé de mesure numérique de la position angulaire absolue sur un tour d'un parmi deux éléments en mouvement rotatif relatif, ainsi qu'un dispositif de mesure adapté pour mettre en oeuvre ledit procédé.Method and device for digital measurement of angular positions
The present invention relates to a method for numerically measuring the absolute angular position on a revolution of one of two elements in relative rotary motion, as well as to a measuring device suitable for implementing said method.

Le problème de la mesure d'angles de rotation, permettant de connaître à tout moment le déplacement angulaire absolu d'une pièce en rotation par rapport à une autre, a généré une abondante littérature proposant un grand nombre de solutions. The problem of measuring angles of rotation, making it possible to know at all times the absolute angular displacement of a rotating part with respect to another, has generated an abundant literature proposing a large number of solutions.

Ces solutions ont souvent été elles-mêmes déclinées en de multiples variantes.These solutions have often been broken down into multiple variants.

A la base, les solutions connues utilisent d'une part un codage des positions, et d'autre part un moyen de lecture des codes, exprimant et transmettant la position angulaire instantanée d'une pièce en mouvement par rapport à une origine déterminée. Ce moyen de lecture, constitué généralement de capteurs, envoie des signaux à une unité centrale électronique capable de calculer ou de lire le déplacement angulaire effectué, et parfois d'utiliser les valeurs calculées pour réaliser des traitements plus étendus. Basically, the known solutions use on the one hand a coding of the positions, and on the other hand a means of reading the codes, expressing and transmitting the instantaneous angular position of a moving part with respect to a determined origin. This reading means, generally consisting of sensors, sends signals to an electronic central unit capable of calculating or reading the angular displacement carried out, and sometimes of using the calculated values to carry out more extensive processing.

Un tel procédé peut par exemple être appliqué à un disque comportant lesdits codes, animé d'un mouvement de rotation par rapport aux moyens de mesure chargés de lire la position angulaire à l'instant t. Such a method can for example be applied to a disc comprising said codes, driven in a rotational movement relative to the measuring means responsible for reading the angular position at time t.

Parmi les solutions proposées dans l'art antérieur, on peut distinguer plusieurs familles de solutions, classées selon la méthode de codage employé, ou selon le mode de lecture. Among the solutions proposed in the prior art, one can distinguish several families of solutions, classified according to the coding method used, or according to the reading mode.

Ainsi, on distingue traditionnellement les méthodes reposant sur un codage parallèle de celles qui sont basées sur un codage séquentiel de type série. Les modes de lecture sont différenciés selon qu'ils sont directs ou indirects. Thus, a distinction is traditionally made between methods based on parallel coding and those based on sequential coding of the series type. Reading modes are differentiated according to whether they are direct or indirect.

En substance, un codage est dit parallèle lorsque l'ensemble du code exprimant une position peut être lu en une seule opération, en un signal d'horloge. A l'inverse, un codage séquentiel implique une lecture en série dudit code, ce qui nécessite évidemment plusieurs cycles d'horloge, ou plusieurs lectures successives. In essence, coding is said to be parallel when all of the code expressing a position can be read in a single operation, in a clock signal. Conversely, a sequential coding implies a serial reading of said code, which obviously requires several clock cycles, or several successive readings.

Un codage est direct lorsque la valeur de l'angle est lue immédiatement, sans qu'il soit nécessaire d'éffectuer d'autres calculs. Au contraire, le codage est dit indirect lorsque la mesure indique une base de calcul à laquelle il faut ajouter ou soustraire une valeur pour obtenir l'angle précis à mesurer. Selon une possibilité, on découpe le disque précité en secteurs codés, constituant la valeur de base à laquelle on ajoute ou soustrait un nombre de pas parcourus. Coding is direct when the value of the angle is read immediately, without the need for further calculations. On the contrary, coding is said to be indirect when the measurement indicates a basis of calculation to which it is necessary to add or subtract a value to obtain the precise angle to be measured. According to one possibility, the aforementioned disc is cut into coded sectors, constituting the basic value to which a number of steps traveled is added or subtracted.

Dans cette configuration à disque codé, un codage direct parallèle peut conduire à une structure de ccdage radiale, chaque code disposé radialement sur le disque coroespondant à une position angulaire immédiatement lisible. Pour que la résolution de la mesure soit correcte, il faut par exemple que le codage soit effectué sur huit bits, ce qui implique une résolution un peu inférieure à 1,5 . In this coded disc configuration, direct parallel coding can lead to a radial coding structure, each code arranged radially on the disc corresponding to an immediately readable angular position. For the resolution of the measurement to be correct, for example, the coding must be carried out on eight bits, which implies a resolution slightly less than 1.5.

Un codage direct parallèle périphérique est également possible, à condition de coder les positions sur l'ensemble de la périphérie du disque. L'espacement des éléments du code sur ladite périphérie correspond alors à celui des capteurs. Direct parallel peripheral coding is also possible, provided the positions on the entire periphery of the disc are coded. The spacing of the elements of the code on said periphery then corresponds to that of the sensors.

Dans les deux cas, le nombre de capteurs utilisés par le dispositif de mesure est élevé (huit ou neuf), d'où une solution relativement couteuse, multipliant au surplus les conducteurs de connexion. Ces solutions sont adaptées lorsqu'on a besoin de connaître la position angulaire précise dès le démarrage du système, ce que permet la lecture directe. In both cases, the number of sensors used by the measuring device is high (eight or nine), resulting in a relatively expensive solution, multiplying the connection conductors in addition. These solutions are suitable when you need to know the precise angular position from the start of the system, which allows direct reading.

A l'inverse, les solutions indirectes présentent une zone dite d'ombre au démarrage : il faut en effet avoir au moins changé de secteur pour communiquer une position exacte. Le choix de la solution dépend donc du cahier des charges, et notamment de la possibilité ou non de gérer la zone d'ombre au démarrage. Un codage indirect peut être parallèle, et utilise dans ce cas un nombre plus restreint qu'auparavant de capteurs, car les secteurs découpés dans le disque sont en nombre évidemment plus limité que les positions angulaires discrètes : un codage sur cinq bits, nécessitant par conséquent cinq capteurs, permettrait par exemple théoriquement une division du disque en trente deux secteurs. Conversely, the indirect solutions present a so-called shadow zone at start-up: it is indeed necessary to have at least changed sector to communicate an exact position. The choice of solution therefore depends on the specifications, and in particular on the possibility or not of managing the gray area at startup. Indirect coding can be parallel, and in this case uses a smaller number of sensors than before, since the sectors cut out from the disc are obviously more limited in number than the discrete angular positions: coding on five bits, consequently requiring five sensors, for example would theoretically divide the disc into thirty two sectors.

La présente invention n'utilise aucune de ces solutions la méthode de codage utilisée est indirecte et séquentielle. Cette méthode présente l'avantage de ne nécessiter qu'un petit nombre de capteurs, d'où un prix de revient économiquement intéressant pour une fiabilité technique accrue. The present invention does not use any of these solutions the coding method used is indirect and sequential. This method has the advantage of requiring only a small number of sensors, hence an economically attractive cost price for increased technical reliability.

L'une des applications possibles de l'invention, la mesure de l'angle de rotation d'une colonne de direction de véhicule, permet l'existence d'une zone d'incertitude au démarrage. Elle impose également une résolution telle que cette solution est apparue particulièrement appropriée, comme on le verra en détail ci-après. One of the possible applications of the invention, the measurement of the angle of rotation of a vehicle steering column, allows the existence of an area of uncertainty at start-up. It also requires a resolution such that this solution appeared to be particularly suitable, as will be seen in detail below.

En premier lieu, l'invention concerne un procédé de mesure numérique de la position angulaire absolue sur un tour d'un parmi deux éléments en mouvement rotatif relatif, au moyen de capteurs fixés sur un premier élément, aptes à lire des informations disposées sous forme de codes pratiqués sur le second desdits éléments, caractérisé en ce que la mesure de ladite position angulaire est réalisée par trois capteurs opérant de manière
- indirecte, par identification d'une part de secteurs angulaires définis par
codage sur le second élément et d'autre part de la position angulaire à
l'intérieur desdits secteurs et
- séquentielle par lecture. au fur et à mesure de la rotation relative, de
l informaton disposée en série sur ledit second élément. Firstly, the invention relates to a method for numerically measuring the absolute angular position over one revolution of one of two elements in relative rotary motion, by means of sensors fixed on a first element, capable of reading information arranged in the form of codes practiced on the second of said elements, characterized in that the measurement of said angular position is carried out by three sensors operating so
- indirect, by identifying on the one hand angular sectors defined by
coding on the second element and on the other hand from the angular position to
inside said sectors and
- sequential by reading. as the relative rotation progresses,
the information arranged in series on said second element.

La configuration originale de l'invention ne nécessite donc que trois capteurs pour lire une position angulaire avec une résolution suffisante pour les applications prévues, en l'occurrence égale à 1,5 . The original configuration of the invention therefore requires only three sensors to read an angular position with sufficient resolution for the intended applications, in this case equal to 1.5.

Deux des capteurs génèrent des signaux en quadrature de phase au cours du déplacement angulaire relatif des deux éléments, dont l'analyse permet de déduire le sens de rotation relatif, et dont la combinaison en OU exclusif génère un signal dont chaque front ascendant ou descendant marque le début d'un pas égal de rotation, constituant ainsi un signal d'horloge qui est uniquement fonction du déplacement angulaire. Two of the sensors generate signals in phase quadrature during the relative angular displacement of the two elements, whose analysis makes it possible to deduce the relative direction of rotation, and whose combination in exclusive OR generates a signal of which each rising or falling edge marks the beginning of an equal pitch of rotation, thus constituting a clock signal which is solely a function of the angular displacement.

Le troisième capteur retransmet des informations codées en série concernant le secteur en face duquel il se trouve, à la cadence de un bit de codage par changement d'état du signal d'horloge. The third sensor retransmits coded information in series concerning the sector in front of which it is located, at the rate of one coding bit by change of state of the clock signal.

En réalité, les deux premiers capteurs réalisent une horloge matérielle cadençant la lecture opérée par le troisième capteur. In reality, the first two sensors produce a hardware clock clocking the reading operated by the third sensor.

L'ensemble des trois capteurs coopèrent avec deux pistes de codage distinctes dotées d'un mouvement de rotation identique relativement aux capteurs, une piste dévolue aux capteurs générant les signaux en quadrature nécessaires à l'établissement du signal d'horloge, et une piste comprenant les codes séries nécessaires à l'identification des secteurs, lesdits capteurs envoyant en continu l'information lue. All three sensors cooperate with two separate coding tracks with an identical rotational movement relative to the sensors, a track assigned to the sensors generating the quadrature signals necessary for establishing the clock signal, and a track comprising the serial codes necessary for the identification of the sectors, said sensors continuously sending the information read.

Plus précisément, sur cette dernière piste, chaque secteur défini sur l'un des deux éléments en mouvement relatif comporte une zone de codage permettant l'identification proprement dite du secteur et une zone de codage d'un séparateur de secteurs, lesdites zones étant lues séquentiellement par le troisième capteur. More precisely, on this last track, each sector defined on one of the two elements in relative motion comprises a coding zone allowing the proper identification of the sector and a coding zone of a sector separator, said zones being read. sequentially by the third sensor.

Pour les applications évoquées, et plus particulièrement pour la mesure de l'angle d'une colonne de direction, les constructeurs automobiles demandent une résolution de 1,5 , et une zone d'incertitude au démarrage n'excédant pas 15 . For the applications mentioned, and more particularly for measuring the angle of a steering column, car manufacturers require a resolution of 1.5, and a starting uncertainty zone not exceeding 15.

Par conséquent, on a prévu dans le cadre de l'invention que les secteurs à lire séquentiellement par le troisième capteur sont au nombre de 24 répartis sur l'ensemble de la périphérie de l'un des éléments en rotation relative, chaque secteur étant à son tour divisé en dix pas égaux, correspondant chacun à un bit de codage lu par ledit troisième capteur à chaque changement d'état du signal d'horloge. Consequently, it has been provided in the context of the invention that the sectors to be read sequentially by the third sensor are 24 in number distributed over the entire periphery of one of the elements in relative rotation, each sector being at its turn divided into ten equal steps, each corresponding to a coding bit read by said third sensor at each change of state of the clock signal.

Chaque secteur comporte donc dix pas codables selon un 1 ou un O. Sur ces dix bits, seuls cinq bits consécutifs sont affectés au codage du secteur proprement dit. Each sector therefore comprises ten steps codable according to a 1 or an O. Of these ten bits, only five consecutive bits are assigned to the coding of the sector proper.

Les cinq autres bits sont réservés à la séparation entre secteurs. En effet, l'identification précise d'un secteur exige que l'on sache avec précision que l'on se situe bien dans un secteur. D où la nécessité d'avoir des zores de séparation. sans lesquelles la lecture séquentielle des codes n'aurait aucun sens, en l'absence de divisions de la surface codée.The other five bits are reserved for the separation between sectors. Indeed, the precise identification of a sector requires that one know with precision that one is well situated in a sector. Hence the need to have separation zores. without which the sequential reading of the codes would be meaningless, in the absence of divisions of the coded area.

Selon une possibilité, dans les cinq pas réservés au codage du séparateur de secteurs, les deux bits d'extrémité ont une valeur différente de celle des trois bits du milieu identique. According to one possibility, in the five steps reserved for coding the sector separator, the two end bits have a value different from that of the three identical middle bits.

Pour éviter toute confusion, les cinq pas réservés à l'identification du secteur sont codés sur cinq bits en évitant les codes comportant la succession de trois bits identiques utilisée dans le codage du séparateur. To avoid any confusion, the five steps reserved for identifying the sector are coded on five bits while avoiding the codes comprising the succession of three identical bits used in the coding of the separator.

Comme on le verra dans la suite, les trente deux possibilités nées d'un codage sur cinq bits, diminuées des codes comportant la série de trois bits identiques du code des séparateurs, deviennent vingt quatre possibilités de codage sans confusion possible pour les secteurs. As will be seen below, the thirty two possibilities born of a coding on five bits, reduced by the codes comprising the series of three identical bits of the code of the separators, become twenty four possibilities of coding without possible confusion for the sectors.

Selon une variante possible, le codage du séparateur est réalisé par une transition au milieu d'un pas, chacun des deux pas latéraux délimitant celui dans lequel a lieu la transition ayant la même valeur de bit que le demi-pas auquel il est accolé. According to a possible variant, the coding of the separator is carried out by a transition in the middle of a step, each of the two lateral steps delimiting the one in which the transition takes place having the same bit value as the half-step to which it is attached.

Une séparation sur un seul pas peut en effet s'avérer délicate à mettre en oeuvre, pour des raisons de résolution, d'où l'idée d'adjoindre deux bits latéraux de même valeur que le demi-pas auquel ils sont accolés. A separation on a single step can indeed prove difficult to implement, for reasons of resolution, hence the idea of adding two lateral bits of the same value as the half-step to which they are attached.

On peut cependant s'arranger pour que lesdits pas latéraux soient inclus dans les zones de codage servant à l'identification des secteurs consécutifs entre lesquels se trouve le séparateur. It is however possible to arrange for said lateral steps to be included in the coding zones used to identify the consecutive sectors between which the separator is located.

Dans ce cas, lesdits séparateurs n'auront pas toujours la même séquence et passeront de 1 à O ou de O à 1, selon les codes contigus. In this case, said separators will not always have the same sequence and will pass from 1 to O or from O to 1, according to the contiguous codes.

Ce type de codage de la séparation entre secteurs permet de réserver une zone de codage de l'identité du secteur plus importante, et permet également de coder un plus grand nombre de secteurs si besoin est. This type of coding of the separation between sectors makes it possible to reserve a larger coding area for the identity of the sector, and also makes it possible to code a larger number of sectors if necessary.

On a évoqué précédemment le problème des multiples connexions dues à la pluralité de capteurs : selon une possibilité, les trois signaux issus des capteurs sont multiplexés en un seul signal, par exemple codé en niveaux de tension, qui ne nécessite qu'une connexion vers une unité centrale électronique de traitement. We have previously mentioned the problem of multiple connections due to the plurality of sensors: according to one possibility, the three signals from the sensors are multiplexed into a single signal, for example coded in voltage levels, which requires only one connection to a electronic central processing unit.

Une variante plus simple consistera bien entendu à laisser lesdites trois connexions en parallèles, envoyées directement du capteur vers ladite unité centrale. A simpler variant will of course consist in leaving said three connections in parallel, sent directly from the sensor to said central unit.

En somme, à l'aide des éléments précédents, le procédé de l'invention donne la mesure de la position angulaire, qui résulte de l'identification du secteur dans lequel se situe la position à mesurer. transmise par le capteur isolé, alors que le déplacement entre ladite positicn et le début dudit secteur. calculé en nombre de pas, est transmis par les deux autres capteurs combinés en OU exclusif
De préférence, la lecture des données codées sur l'un des éléments en rotation relative est effectuée par des capteurs optiques.In sum, using the above elements, the method of the invention gives the measurement of the angular position, which results from the identification of the sector in which the position to be measured is located. transmitted by the isolated sensor, while the displacement between said positicn and the start of said sector. calculated in number of steps, is transmitted by the two other sensors combined in exclusive OR
Preferably, the data encoded on one of the elements in relative rotation is read by optical sensors.

De préférence encore, lesdits capteurs fonctionnent en optique réfléchissante. More preferably, said sensors operate in reflective optics.

Toutefois, rien n'interdit de prévoir un fonctionnement à l'aide de capteurs optiques traversants, voire de capteurs magnétiques, les secteurs étant alors recouverts d'une couche de matériau magnétique selon le code affecté à chaque secteur, et coopérant avec des détecteurs appropriés. However, nothing prohibits providing for operation using optical through sensors, or even magnetic sensors, the sectors then being covered with a layer of magnetic material according to the code assigned to each sector, and cooperating with appropriate detectors. .

On a précédemment évoqué l'existence d'un disque codé, coopérant avec des capteurs fixes. L'invention pourrait cependant très simplement s'appliquer à des capteurs tournant avec un élément rotatif, coopérant avec des pistes codées fixes, solidaires d'une pièce immobile. We have previously mentioned the existence of a coded disc, cooperating with fixed sensors. The invention could however very simply be applied to sensors rotating with a rotary element, cooperating with fixed coded tracks, integral with a stationary part.

L'invention concerne non seulement un procédé de mesure, mais également un dispositif de mesure adapté à la mise en oeuvre dudit procédé. The invention relates not only to a measurement method, but also to a measurement device suitable for implementing said method.

Par conséquent, ce dispositif, également destiné à mesurer la position angulaire absolue sur un tour d'un parmi deux éléments en mouvement rotatif relatif, au moyen de capteurs fixés sur un premier élément, aptes à lire des informations disposées sous forme de codes pratiqués sur le second élément, est caractérisé en ce qu'il se compose de trois capteurs fixés à l'un des éléments et disposés en face d'au moins une piste comportant des informations codées sur l'autre desdits éléments, lesdits capteurs envoyant leurs signaux vers une unité centrale électronique de traitement apte à mesurer ladite position angulaire. Consequently, this device, also intended to measure the absolute angular position on a revolution of one of two elements in relative rotary motion, by means of sensors fixed on a first element, capable of reading information arranged in the form of codes practiced on the second element, is characterized in that it consists of three sensors fixed to one of the elements and arranged opposite at least one track comprising information coded on the other of said elements, said sensors sending their signals to an electronic central processing unit capable of measuring said angular position.

Deux des capteurs sont en face d'une première piste comportant sur toute la circonférence des unités de codage nettement délimitées, de même écartement angulaire, de sorte que lorsqu'un desdits capteurs est en bordure de l'une desdites zones, L'autre capteur est au milieu d'une unité de même codage. Les signaux générés sont en quadrature de phase, et adaptés au procédé de mesure précité. Two of the sensors are opposite a first track comprising on the entire circumference clearly delimited coding units, with the same angular spacing, so that when one of said sensors is at the edge of one of said zones, the other sensor is in the middle of a unit of the same coding. The signals generated are in phase quadrature, and adapted to the aforementioned measurement method.

De préférence, lesdites zones sont gravées alternativement en deux teintes distinctes, leur piste se situant sur la périphérie d'un desdits éléments. Preferably, said zones are etched alternately in two distinct shades, their track being located on the periphery of one of said elements.

Le troisième capteur est positionné en face d'une seconde piste coaxiale à la première comportant sur toute sa circonférence des unités de codage d'écartement angulaire deux fois plus petit que sur la première piste, codées selon deux valeurs différentes. The third sensor is positioned opposite a second track coaxial with the first including, over its entire circumference, angular spacing coding units twice as small as on the first track, coded according to two different values.

De préférence encore, lesdites zones sont gravées en deux teintes selon un codage séquentiel permettant d'identifier des secteurs de même taille divisant régulièrement ladite périphérie de l'élément codé, et regroupant à chaque fois un nombre identique d'unités de codage. Also preferably, said zones are engraved in two shades according to a sequential coding making it possible to identify sectors of the same size regularly dividing said periphery of the coded element, and grouping each time an identical number of coding units.

Les capteurs sont dans cette solution de préférence des capteurs optiques réfléchissants. The sensors in this solution are preferably reflective optical sensors.

Les remarques précédentes tenant à la technologie utilisée restent valables : le codage peut être effectué par d'autres moyens que des teintes différentes adaptées
à la lecture optique par réflexion.The preceding remarks relating to the technology used remain valid: the coding can be carried out by other means than suitable different shades
to optical reading by reflection.

Selon une possibilité, I'élément comportant les informations codées est un disque solidaire d'un arbre tournant, les capteurs étant fixes et placés en regard des
pistes concentriques tournantes.According to one possibility, the element comprising the coded information is a disc secured to a rotating shaft, the sensors being fixed and placed opposite the
rotating concentric tracks.

Là encore, une configuration inverse est également possible, bien que moins facile à mettre en oeuvre, notamment pour des raisons de connectique. Again, a reverse configuration is also possible, although less easy to implement, especially for reasons of connectivity.

Les capteurs peuvent enfin être reliés à un multiplexeur transformant la triple connexion en une unique liaison à l'adresse de l'unité centrale de traitement électronique. The sensors can finally be connected to a multiplexer transforming the triple connection into a single link to the address of the central electronic processing unit.

Comme on l'a déjà souligné, une des applications préférentielles du procédé et du dispositif de mesure de l'invention sera la mesure de l'angle de déplacement d'un volant d'un véhicule automobile, application pour laquelle le cahier des charges correspond particulièrement bien aux valeurs précises données ci-dessus. As already pointed out, one of the preferred applications of the method and of the measuring device of the invention will be the measurement of the angle of displacement of a steering wheel of a motor vehicle, application for which the specifications correspond particularly well at the precise values given above.

L'invention va maintenant être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles
- La figure 1 représente un disque rotatif codé
- La figure 2 montre la position relative d'un tel disque par rapport aux capteurs
fixés à un support combinatoire
- La figure 3 est un diagramme des signaux émis par deux des capteurs
- La figure 4 donne le principe du codage des secteurs
-La figure 5 représente un tableau des codes utilisés pour le codage des secteurs
- La figure 6 illustre l'application d'une variante de ce principe dans le cadre de l'invention; ; et
-La figure 7 montre un schéma électronique d'un circuit placé en aval des
capteurs, permettant un codage par niveaux de tension.The invention will now be described in more detail, with reference to the accompanying figures, for which
- Figure 1 shows a coded rotating disc
- Figure 2 shows the relative position of such a disc relative to the sensors
attached to a combinatorial support
- Figure 3 is a diagram of the signals emitted by two of the sensors
- Figure 4 gives the principle of the coding of the sectors
-Figure 5 represents a table of the codes used for the coding of the sectors
- Figure 6 illustrates the application of a variant of this principle in the context of the invention; ; and
FIG. 7 shows an electronic diagram of a circuit placed downstream of the
sensors, allowing coding by voltage levels.

Les figures précitées représentent schématiquement quelques éléments de l'invention, et ne peuvent donc à ce titre pas être considérées comme limitatives de l'invention. The above figures schematically represent some elements of the invention, and therefore cannot therefore be considered as limiting the invention.

Le disque 1 codé de la figure 1 comporte un orifice central 2 destiné à le relier mécaniquement à un arbre tournant (non représenté). Ce disque 1 comprend deux pistes 3, 4 de codage périphériques concentriques, destinées à deux fonctions distinctes. The disc 1 coded in Figure 1 has a central hole 2 for mechanically connecting it to a rotating shaft (not shown). This disc 1 comprises two tracks 3, 4 of concentric peripheral coding, intended for two distinct functions.

La piste 3 comporte des unités de codage 5, 6 de même écartement angulaire, codées alternativement suivant deux valeurs 0 et 1. Track 3 includes coding units 5, 6 with the same angular spacing, coded alternately according to two values 0 and 1.

La piste extérieure 3 comporte des unités de codage 7 dont l'écartement angulaire est deux fois plus étroit, et codées également suivant deux valeurs 0 et 1, selon un codage qui dépend de sa fonction particulière, et qui sera vu en détail ciaprès. The outer track 3 comprises coding units 7 whose angular spacing is twice as narrow, and also coded according to two values 0 and 1, according to a coding which depends on its particular function, and which will be seen in detail below.

La figure 2 représente une section très schématique de l'agencement relatif d'un tel disque codé 1 dans un support combinatoire 8 placé, dans le véhicule, autour de la colonne de direction (non représentée) directement sous le volant. 2 shows a very schematic section of the relative arrangement of such a coded disc 1 in a combinational support 8 placed, in the vehicle, around the steering column (not shown) directly under the steering wheel.

L'intérêt de cette figure 2 est de faire apparaître les capteurs d'angles 10, 11, 12 fixés audit support combinatoire 8 et connectés à un circuit imprimé 9 disposé luimême en regard du disque codé 1. The advantage of this FIG. 2 is that it displays the angle sensors 10, 11, 12 fixed to said combinational support 8 and connected to a printed circuit 9 arranged itself facing the coded disc 1.

Le capteur 10, placé en regard de la piste 4 de la figure 1, lit les codes identifiant les secteurs, entre les codes des séparateurs de secteurs. Ces codes sont constitués d'unités de codage 7 auxquelles est affecté un codage en 1 ou en 0, par coloration, magnétisation, découpage de matière, etc... The sensor 10, placed opposite track 4 of FIG. 1, reads the codes identifying the sectors, between the codes of the sector separators. These codes consist of coding units 7 to which coding in 1 or 0 is assigned, by coloring, magnetization, cutting of material, etc.

Les capteurs 11, 12 sont situés en regard de la piste 3, décalés de sorte que les signaux Sî, S2 qu'ils produisent soient en quadrature de phase. La technologie utilisée pour leur affecter un codage aiterné est bien entendu la même qu'auparavant. The sensors 11, 12 are located opposite the track 3, offset so that the signals S1, S2 which they produce are in phase quadrature. The technology used to assign them an air coding is of course the same as before.

Schématiquement, pour faciliter la compréhension, les pines de connexion en sortie des trois capteurs sont, sur la figure 2, identifiés auxdits capteurs 10,11,12. Il est bien évident que les deux capteurs 1 1 et 12 sont cependant sur la même piste, et non pas sur deux rayons distincts. Schematically, to facilitate understanding, the connection pins at the output of the three sensors are, in FIG. 2, identified with said sensors 10,11,12. It is obvious that the two sensors 1 1 and 12 are, however, on the same track, and not on two separate spokes.

Le diagramme de la figure 3 montre les signaux S1 et S2 générés par les capteurs 11 et 12, ainsi que le signal obtenu par la combinaison logique en OU exclusif, donnant un signal d'horloge H dépendant uniquement de l'angle parcouru, et non du temps. The diagram in FIG. 3 shows the signals S1 and S2 generated by the sensors 11 and 12, as well as the signal obtained by the logical combination in exclusive OR, giving a clock signal H depending only on the angle traveled, and not time.

C'est ce signal H qui cadence la lecture opérée par le capteur 10, générant un signal S3, et plus généralement qui sert d'horloge pour les opérations de traitement ultérieure aboutissant à la mesure de l'angle. It is this signal H which cadences the reading operated by the sensor 10, generating a signal S3, and more generally which serves as a clock for the subsequent processing operations resulting in the measurement of the angle.

L'explication de la méthode de codage des secteurs apparaît en figure 4, dans laquelle sont schématisés quatre secteurs successifs N à N + 3, en réalité délimités sur le disque codé à l'aide dudit codage. The explanation of the sector coding method appears in FIG. 4, in which are shown diagrammatically four successive sectors N to N + 3, in reality delimited on the disc coded using said coding.

Chaque secteur comporte deux zones, un séparateur 13 et une zone de codage 14 proprement dite. Cetfe dernière est codée par exemple sur cinq bits, et permet d'identifier le secteur par rapport à l'origine. Le séparateur 13 permet de reconnaître qu'il y a changement de secteur, et que le processus d'identification peut s'enclencher. Each sector has two zones, a separator 13 and a coding zone 14 proper. This latter is coded for example on five bits, and makes it possible to identify the sector with respect to the origin. The separator 13 makes it possible to recognize that there is a change of sector, and that the identification process can start.

Selon une application préférentielle de l'invention, le séparateur est également codé sur cinq bits, avec les deux bits d'extrémité à o et les trois bits du milieu à 1. According to a preferred application of the invention, the separator is also coded on five bits, with the two end bits at o and the three middle bits at 1.

Pour éviter toute confusion entre la zone affectée au séparateur 13 et celle affectée à l'identification 14 du secteur, les codes employés pour ladite identification ne comprennent pas la succession de trois 1. To avoid any confusion between the zone assigned to the separator 13 and that assigned to the identification 14 of the sector, the codes used for said identification do not include the succession of three 1.

C'est ce qui apparaît dans le tableau constitué par la figure 5. Les lignes de code comportant un surlignage en grisé, comportant au moins trois 1, sont < interdites, pour le codage de l'identification du secteur. This is what appears in the table constituted by FIG. 5. The lines of code comprising a gray highlighting, comprising at least three 1s, are <prohibited, for coding the identification of the sector.

La figure 6 montre une variante de codage des séparateurs. Ces derniers sont distingués par le fait qu'ils comportent un changement d'état au milieu d'un pas, soit après un demi-pas . FIG. 6 shows a variant coding of the separators. The latter are distinguished by the fact that they involve a change of state in the middle of a step, ie after half a step.

L'exemple illustrant ce principe a conservé un secteur 15 comportant dix pas, correspondant chacun à un bit. La zone du séparateur 13 comprend un codage à 1 sur deux pas et demi, et un codage à 0 sur les deux pas et demi restants. Le codage de la zone 14 est alors choisi dans le tableau de la figure 5, sans restriction. The example illustrating this principle has kept a sector 15 comprising ten steps, each corresponding to a bit. The area of the separator 13 comprises a coding at 1 over two and a half steps, and a coding at 0 over the remaining two and a half steps. The coding of the zone 14 is then chosen in the table in FIG. 5, without restriction.

On a évoqué précédemment la possibilité de placer les pas entourant celui dans lequel a lieu le changement d'état à l'intérieur même des codes d'identification des secteurs entourant le séparateur. L'intérêt est de gagner de la place, notamment pour permettre un codage du secteur sur un plus grand nombre de bits, si besoin est. We previously mentioned the possibility of placing the steps surrounding the one in which the change of state takes place inside the identification codes of the sectors surrounding the separator. The advantage is to save space, in particular to allow coding of the sector on a larger number of bits, if necessary.

L'exemple préférentiel décrit jusqu'ici comporte vingt quatre secteurs codés sur cinq bits. Cet exemple n'est bien entendu pas limitatif de l'invention, et l'on peut sans difficulté prévoir un plus grand nombre de secteurs, codés sur plus de cinq bits, les limites étant plus d'ordre technique, à savoir notamment les limitations de résolutions permises par les moyens de lecture. The preferred example described so far has twenty four sectors coded on five bits. This example is of course not limitative of the invention, and it is without difficulty to provide a greater number of sectors, coded on more than five bits, the limits being more technical, namely in particular the limitations of resolutions permitted by the reading means.

La figure 7 présente un exemple de schéma électronique qui pourrait être utilisé en sortie des capteurs pour coder par niveaux de tension les signaux émis S1, 52,
S3 par les capteurs 10 à 12. Chacun de ces signaux est envoyé vers un amplificateur 20, 21, 22 réglé en entrée et en sortie à l'aide de résistances et/ou de capacités de sorte que les niveaux de tensions obtenus à l'entrée de l'amplificateur 23 de sortie sont différenciés et facilement distinguables.FIG. 7 presents an example of an electronic diagram which could be used at the output of the sensors to code by voltage levels the signals emitted S1, 52,
S3 by sensors 10 to 12. Each of these signals is sent to an amplifier 20, 21, 22 adjusted at the input and output using resistors and / or capacitors so that the voltage levels obtained at the amplifier input 23 output are differentiated and easily distinguishable.

Ce moyen de codage permet d'aboutir à une unique liaison S en sortie du circuit. This coding means makes it possible to end up with a single link S at the output of the circuit.

Claims

1. A method of numerically measuring the absolute angular position on a revolution of one of two elements in relative rotary motion, by means of sensors 10, 11, 12 fixed on a first element 8, capable of reading information arranged in the form of codes 5, 6, 7 practiced on the second of said elements 1, characterized in that the measurement of said angular position is carried out by three sensors 1 10, 11, 12 operating so

- indirect, by identifying on the one hand defined angular sectors 15

by coding on the second element 1 and on the other hand of the position

angular inside said sectors 15; and

- sequential by reading, as the relative rotation progresses,

the information arranged in series on said second element 1.

2. A digital measurement method according to claim 1, characterized in that two of the sensors 11, 12 generate signals S1, S2 in phase quadrature during the relative angular displacement of the two elements 8, 1, the analysis of which makes it possible to deduce the relative direction of rotation, and whose combination in exclusive OR generates a signal of which each rising or falling edge marks the beginning of an equal pitch of rotation, thus constituting a clock signal H which is solely a function of the angular displacement.

3. A digital measurement method according to claim 2, characterized in that the third sensor 10 retransmits coded information in series concerning the sector 15 opposite which it is located, at the rate of a coding bit by change of state of the clock signal H.

4. A digital measurement method according to one of the preceding claims, characterized in that said three sensors 10,11,12 cooperate with two separate coding tracks 3, 4 having an identical rotational movement relative to the sensors 10,11 , 12, a track 3 assigned to the sensors 11, 12 generating the signals S1, S2 necessary for the establishment of the clock signal H, and a track 4 generating a signal S3 reflecting the serial codes necessary for the identification of the sectors 15 , said sensors 10,11,12 continuously sending the information read.

5. A digital measurement method according to any one of the preceding claims, characterized in that each sector 15 defined on one of the two elements in relative motion comprises a coding zone 14 allowing the proper identification of the sector 15 and a coding zone 13 of a sector separator, said zones 13, 14 being read sequentially by the third sensor 10.

6. A digital measurement method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sectors 15 to be read sequentially by the third sensor 10 are twenty four distributed over the entire periphery of one of the elements 1, each sector 15 being in turn divided into ten equal steps 7, each corresponding to a coding bit read by said third sensor 10 at each change of state of the clock signal H.

7. A digital measurement method according to the preceding claim, characterized in that, in each sector 15, five consecutive steps are reserved for coding the sector separator 13, the remaining five consecutive steps 14 being used for coding the sector 15 proper.

8. A digital measurement method according to the preceding claim, characterized in that in the five steps reserved for coding the separator 13 of sectors 15, the two end bits have a value different from that of the three identical middle bits.

9. A digital measurement method according to the preceding claim, characterized in that the five steps 14 reserved for identifying the sector 15 are coded on five bits avoiding the codes comprising the succession of three identical bits used in the coding of the separator 13 .

10. A digital measurement method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coding of the separator 13 is carried out by a transition in the middle of a step, each of the two lateral steps delimiting that in which the transition takes place. having the same bit value as the half step to which it is attached.

11. A digital measurement method according to the preceding claim, characterized in that said lateral steps are included in the coding zones 14 of the consecutive sectors 15 between which the separator 13 is located.

12. Digital measurement method according to any one of the preceding claims, characterized in that the signals S1, S2, 53 from the three sensors 10, 11, 12 are multiplexed into a single signal S coded by voltage levels and sent to a central processing unit.

13. A digital measurement method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the signals S1, S2, S3 from the three sensors 10, 11, 12 are sent in parallel to a central processing unit.

14. A digital measurement method according to any one of the preceding claims, characterized in that the measurement of the angular position is given by the identification of the sector 1 5 in which the position to be measured is located, transmitted by the isolated sensor 10 , and the displacement between said position and the start of said sector 15, calculated in number of steps 7 transmitted by the other two sensors 11, 12 combined in exclusive OR.

15. A digital measurement method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reading of the coded data on one of the elements in relative rotation is carried out by optical sensors 10, li, 12.

16. A digital measurement method according to the preceding claim, characterized in that said sensors 10, 11, 12 operate in reflective optics.

17. A digital measurement method according to any one of the preceding claims, applied to the measurement of the angle of rotation of a vehicle steering column.

18. Device for digital measurement of the absolute angular position on a revolution of one of two elements in relative rotary motion, by means of sensors 10, 11, 12 fixed on a first element 8, capable of reading information arranged in the form of codes 5, 6, 7 practiced on the second element 1,

characterized in that it consists of three sensors 10, 11, 12 fixed to one of the elements 8 and arranged opposite at least one track 3, 4 comprising coded information 5, 6, 7 on the other 1 of the elements, said sensors 10, 11, 12 sending their signals S1, S2, S3 to a central electronic processing unit capable of measuring said angular position.

19. Digital measuring device according to claim 18, characterized in that two of the sensors 11, 12 are opposite a first track 3 comprising, around the entire circumference, clearly delimited coding units 5, 6, with the same angular spacing, so that when one of said sensors 10,11 is at the edge of one of said zones, the other sensor is in the middle of a unit of the same coding.

20. Digital measuring device according to claim 19, characterized in that said zones 5, 6 are etched alternately in two distinct colors, their track being located on the periphery of one of said elements.

21. Digital measuring device according to one of claims 19 to 20, characterized in that the third sensor 10 is positioned opposite a second coaxial track 4 to the first comprising on its entire circumference coding units 7 of angular spacing twice as small as on the first track 3, coded according to two different values.

22. Digital measuring device according to the preceding claim, characterized in that said coding units 7 are engraved in two shades according to a sequential coding making it possible to identify sectors 15 of the same size regularly dividing said periphery of the coded element 1, and grouping each time an identical number of coding units 7.

23. Digital measuring device according to one of claims 18 to 22, characterized in that the element comprising the coded information is a disc secured to a rotating shaft, the sensors 10, 11, 1 2 being fixed and placed in look at rotating tracks 3, 4.

24. Digital measuring device according to one of claims 18 to 23, characterized in that the outputs of the sensors 10, 11, 12 are connected to a multiplexer 20, 21, 22, 23, so that it no longer remains an electronic connection S between the sensors 10, 11, 12 and the central processing unit.

25. Digital measuring device according to one of claims 18 to 24, characterized in that the sensors 10, 11, 12 are reflective optical sensors.

26. Application of the digital measuring device according to one of claims 18 to 25, to a vehicle steering column, for measuring the angle traveled by the steering wheel.